Aktuatör (işletici, çalıştırıcı), bir tip enerjiyi (elektrik, magnetik,
termal, kimyasal) diğer bir tipe (genellikle mekanik) dönüştüren bir çalıştırma
cihazı veya aktif bir elementtir; dönüştürme, bir kontrol sinyali tarafından tanımlanan spesifik bir hareketle
sağlanır.
‘Aktuatör’ terimi, "hareket edebilen" bir cihaz (veya bir
cihazın elemanı) demektir. Genellikle aktüatör terimi, mekanik bir eylemi ifade
eder; örneğin doğrusal hareket veya dönme gibi. Mikro ve nanosistemlerde,
makroelektronikte yaygın olarak kullanılan elektromagnetik enerji dönüşümü
yerine, genellikle piezoelektrik veya elektrostatik etkiler kullanılır.
En basit elektrik aktüatörler, düzlem-paralel kapasitörler bazında
elektrostatik cihazlarıdır. Termal aktuatörler, genellikle, farklı lineer
termal genleşme katsayısına sahip iki malzemenin (bir metal dielektrik çifti
gibi) arayüzünde termal genleşmenin veya deformasyonun etkileri kullanılarak
oluşturulur. Elementler, üzerinden elektrik akımı geçirilerek veya ortamın
ısıtılmasıyla ısıtılır. Bu
aktüatörler büyük bir kuvvet oluşturabilir, ancak enerji verimi çok düşüktür
(genellikle % 0,1'e kadar).
Aktüatörlerin kimyasal kontrolü, çevre kompozisyonunu, hem asitliğini
hem de diğer faktörleri, özellikle de ışığı değiştirerek incelenebilir.
Biyolojik moleküler motorlar, kimyasal nanoaktivatörlerin özel bir türü olarak
düşünülebilir. Böyle bir motora bir örnek olarak, restriksiyon endonükleaz
EcoRI 124I gösterilebilir.
Bu minik cihaz, çubuk benzeri bir DNA molekülünü 2 nanometre çapında
saniyede 190 nanometreye yakın bir hızda itebilir ve çekebilir, ve toplam yer
değiştirme üç mikrometreye kadar ulaşabilir. Böyle moleküler motorlar, bir
‘nanopil’ yerine, canlı hücreler tarafından kullanılan bir enerji kaynağı olan
bir ATP (adenosine 5'-triposphat) molekülü kullanır. Böyle bir ‘motor’u çalıştırmak
için ATP moleküllerinin injekte edilmesi gerekir.
Diğer bir moleküler motor (ATP sentaz), ATP moleküllerin sentezi veya
hidrolizi ve protonların (H +) hücre membranı boyunca transferi için tasarlanmıştır. Verimlilik ve
kuvvet açısından, ATP sentaz, bilinen tüm doğal moleküler motorlardan belirgin
şekilde daha iyi performans gösterir. Böyle bir moleküler türbin tarafından
üretilen kuvvet tipik olarak ~ 1 pN, güç ~ 1 aW'dır (1 10-18).
Biyolojik molekülleri, polimerleri, silikon ve diğer malzemeleri temel alan pek çok nanoaktuatör vardır.
Şekilde bir nanoactuatör-motor görülmektedir. Dönen element (rotor) bir
karbon nanotüp eksene bağlanan yaklaşık 250 nm boyutunda küçük bir altın
plakadır. Rotor üç elektrotla çevrilidir; bunlardan ikisi yanlarda biri
aşağıdadır. Elektrodlara yaklaşık 5 V'luk alternatif akım verildiğinde,
nanomotor hareket eder.
Nanoactuatör-motor.
(a) tipik bir model, (b) taramalı elektron mikroskapla alınan gerçek bir
görüntü
